JP4216161B2 - 拡張色域を有する画像化装置、色域を有する画像化装置、および画像化装置に拡張色域を提供する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、概して、二次元画像を形成するディスプレイシステムに関し、特に、電気機械グレーティング装置を用いて、広域化された色域を有する画像を生成するカラーディスプレイ装置および方法に関する。
ディジタル技術の到来、およびオールディジタル投影システムのデモンストレーションと共に、フィルム染料もしくは燐光体の全域制限でも可能な、よりリアルで、より生き生きとした画像を提供するために、表示可能な色の範囲もしくは全域を増加させることに対する関心が高まっている。国際照明委員会（イルミネーションに関する国際委員会）によって進展された、よく知られた３刺激ＣＩＥカラーモデルは、標準的な観察者により知覚される色空間を示している。図１は、「馬蹄形」曲線としてよく知られた、可視全域２００を表すＣＩＥカラーモデルを示している。可視全域２００内では、従来のディスプレイ装置の全域は、例えば、標準ＳＭＰＴＥ（映画およびテレビ技術者協会）燐光体など、３面装置全域２０２によって表すことも可能である。カラー投影技術で周知のように、画像の実際の色を忠実に表現するために、ディスプレイ装置は、出来るだけ多くの可視全域２００を提供するのが望ましい。
図１ａを参照すると、純粋な飽和スペクトルカラーは、可視全域２００の「馬蹄形」周辺にマップされている。ディスプレイの成分色、通常は、赤、緑、および青（ＲＧＢ）は、色域に対する多角形の頂点を決定し、それにより、装置全域２０２の形および限界を決定する。これらの成分色は、出来るだけ可視全域２００の周辺付近にあるのが理想的である。従って、「馬蹄形」の内部には、例えば、結果としてピンク色になる、白を加えた赤スペクトルなど、純色と白色との混合色を含む混合色の全マッピングが含まれている。
装置全域２０２のサイズを大きくする１つの簡単な方法は、純粋なスペクトルの光源を用いるか、あるいは、少なくともスペクトル純度を高めればよい。レーザは、その固有スペクトル純度のため、装置全域２０２を最大にするのに特に役立つものである。色域拡張の第２の方法は、図１ａに示されるような装置全域２０２の従来の三角形の領域から、図１ｂで拡張装置全域２０４として示される多角形の領域に動くことである。これを達成するには、好ましくは１つ以上の追加成分色が加えられるべきである。
様々な色光源からの３色より多い成分色を採用する、投影装置解決法が示されて来た。しかし、提案された解決法は、大方は、色域拡大を対象とはしていなかった；若干の場合、追加色は、スペクトル純度のために選ばれたものではなく、他の特性のために選ばれたものである。３色より多い成分色光源を用いるプロジェクターの開示には、以下のものがある：２００１年７月３日付の米国特許第６，２５６，０７３号（特許文献１：ペティット（Ｐｅｔｔｉｔｔ））は、明度および白色点純度を維持するための、４色を提供するフィルタホイール配置を用いる投影装置を開示している。しかし、この構成で加えられる４番目の色は、スペクトル的に純粋ではなく、表示に明度を加え、あらゆる好ましくない色相を最小にする、白色である。白色は「全域内」色の追加である点に注意すべきである；色彩理論では、白色を追加することは、実際には色域を減少させることになる。同様に、２００１年４月２４日発行の、ラジェ（Ｒａｊ）他による米国特許第６，２２０，７１０号（特許文献２）は、投影装置内の標準Ｒ、Ｇ、Ｂ光チャンネルへの白色光チャンネルの追加を開示している。今述べたように、白色光の追加は、明度は増加させ得るが色域を減少させてしまう。２００１年２月２０日付の、米国特許第６，１９１，８２６号（特許文献３：ムラカミ（Ｍｕｒａｋａｍｉ）他）は、単一の白色光源から引き出される４色を用いる投影装置を開示しているが、そこでは、第４色、オレンジ色の追加により、主要な緑色経路に影響するスペクトル分布の好ましくない効果を補っている。米国特許第６，１９１，８２６号の装置では、使用される特定白色光源は、たまたま特有のオレンジスペクトル成分を含んでいる。これを補うために、改善されたスペクトル純度を有する緑信号を取得する目的で、緑色光成分からの好ましくないオレンジスペクトル内容を減衰させるフィルタリングが使用される。その後、結果的に起こる輝度低下を補填する目的で、別のオレンジ光が、第４色として加えられる。この開示は、副次的に、若干の色範囲拡大を実現することを示している。しかし、米国特許第６，１９１，８２６号で開示される解決法は、色域に関して、投影装置の色域をさほど広げていないことを認知することは重要である。図１ａおよび図１ｂに関して上述した色域多角形について、オレンジ光の追加は、第４の頂点を加えることになろう；しかし、追加されるいかなるオレンジの頂点も、赤色の頂点と緑色の頂点との間に既に形成されている線に非常に近くなるだろう。従って、新たに形成された全域多角形も、せいぜい、３成分色を用いて形成された三角形を越える、非常にわずかな領域増加を示すに留まるだろう。さらに、実質的に純粋な波長のオレンジが提供されない限り、米国特許第６，１９１，８２６号で開示される方法を用いた色域は、僅かに減少する場合さえ起こり得る。
上に記載した解決法のいずれもが、目標として色域の拡大を対象にしていなかったり、もしくは、拡張色域を得る方法を開示してはいないということに留意することは値打ちがある。事実上、上に記載された各解決法に関しては、第４の色の追加で、若干の色域がロスされることも起こり得る。
上の特許開示と対照的に、特許出願第ＷＯ０１／９５５４４Ａ２号（特許文献４：ベン―ディビッド（Ｂｅｎ−Ｄａｖｉｄ）他）は、図１ｂに示されるように、４色以上の実質的に飽和状態となった色を伴う空間光変調器を用いる、色域拡大用のディスプレイ装置と方法を開示している。出願第ＷＯ０１／９５５４４号は、１つの実施例において、各４色以上の成分色を単一の空間光変調器に提供する、カラーホイールの使用を教示している。この出願は、代替的実施例において、単一の光源からの光を４色以上の成分色に分離させ、各成分色に専用の空間光変調器を配置することを教示している。しかし、出願第ＷＯ０１／９５５４４号の教示は、改善された色域を提供する装置を示しはするが、そこに開示された従来設計の解決法にはいくつかの欠点が含まれている。３色より多い色を扱うために単一の空間光変調器を多重化する場合、表示データのタイミングが重要な関心事となる。採用される空間光変調器は、好ましくは、高速サポート要素がデータ処理経路にある状態で、非常に高速なリフレッシュ動作が提供されるべきである。ピクセルデータを空間光変調器にロードするために、画像データの並列処理が、ちらつきの無い映像表示を維持するのに必要なレートで要求されるだろう。また、通常、各色に対して１０‐２０ミリセカンドの範囲の、従来のＬＣＤ変調器のための整定時間が、利用可能な投影時間をさらに短くし、それにより、輝度を抑制することに留意すべきである。既に３色のカラーホイール解決法での周知の短所となっている輝度のロスは、より少ない比例光量が、あらゆる色に対して有効となるので、加えられる各追加色を伴って連続的により大きな問題となる。加えて、十分高速なレートで連続的な成分色を提供するフィルタホイールの使用には、さらなる短所がある。好ましくは、こうしたフィルタホイールは非常に高速で回転する必要があり、ロードされるデータと装置変調タイミングとが、高精度の同期を維持するよう、高精度のコントロールフィードバックループが要求される。フィルタカラー変遷時の追加的な「デッドタイム」は、３色フィルタホイールを用いる装置では既に実在するが、輝度をさらに低下させ、タイミングの同期を複雑なものにするだろう。フィルタホイールをニュートラルデンシティーフィルタに結合させること、さらに、光経路での回転は、追加的費用および複雑さを導くことになる。フィルタホイールを回転させることは、カラー投影装置に対して適合させられて来たが、こうした機械的解決法に固有の不利益は広く認められているものである。各色専用の空間光変調器を用いた代替的な解決法は、成分色の適切な配列を含む他の問題を引き起こす。出願第ＷＯ０１／９５５４４号での開示は、各色用の個々の投影システムの配置を教示しているが、これは高価なものとなり、さらに、各表示画面サイズおよび距離に、個々の配列手順を必要とするだろう。単一の光源から照明を提供すると、輝度およびコントラストの低下がもたらされる。従って、出願第ＷＯ０１／９５５４４号の開示は、理論上は全域拡大を教示するものであるが、実際には、提案されている設計解決法に対する多くの重大な欠点を含んでいる。出願第ＷＯ０１／９５５４４号への研究考察が明確に示すように、４色以上の成分頂点色を使用しようとする場合、タイミングの同期、色配列、輝度およびコントラストの維持、空間光変調器のコストおよび総合的複雑さなど、３色映像において解決が難しかった問題は、さらに困難なものとなる。
現在、ディジタル映画投影システムおよびホームシアターシステムの有望な解決法は、画像形成装置として、２つのタイプの領域空間光変調器（ＳＬＭ）のうちの１つを採用している。領域空間光変調器には、各要素が画像ピクセルに対応した、光バルブ要素の２次元アレイがある。各アレイ要素は、個々にアドレス可能であり、光源から透過され、または反射された光を変調するよう、ディジタル的に制御されている。ディジタル投影装置および印刷装置における画像形成のために従来から採用される、２つの顕著なタイプの領域空間光変調器がある：ディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）および液晶装置（ＬＣＤ）である。
米国特許第６，２５６，０７３号明細書 米国特許第６，２２０，７１０号明細書 米国特許第６，１９１，８２６号明細書 国際公開第０１／９５５４４号パンフレット
１つ以上の、ＤＭＤを用いるプロトタイプの投影装置がデモンストレーションされて来ている。ＤＭＤ装置は、多くの特許で説明されている。例えば、１９８４年４月１０日にホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）に対して発行された、米国特許第４，４４１，７９１号；１９９６年７月９日にホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）に対して発行された、米国特許第５，５３５，０４７号；１９９７年２月４日にホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）に対して発行された、米国特許第５，６００，３８３号；および、１９９８年２月１７日にホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）に対して発行された、米国特許第５，７１９，６９５号。ＤＭＤを採用する投影装置用の光学設計は、以下に開示されている。１９９９年６月２２日にテジャダ（Ｔｅｊａｄａ）他に対して発行された米国特許第５，９１４，８１８号；１９９９年７月２７日にデワルド（Ｄｅｗａｌｄ）に対して発行された米国特許第５，９３０，０５０号；１９９９年１２月２８日にアンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）に対して発行された、米国特許第６，００８，９５１号；および、２０００年７月１８日にイワイ（Ｉｗａｉ）に対して発行された、米国特許第６，０８９，７１７号。ＬＣＤ装置は、１９９６年１０月２９日にルイツ（Ｒｕｉｚ）他に対して発行された、米国特許第５，５７０，２１３号、および１９９７年４月１５日にスミスジュニア（Ｓｍｉｔｈ，Ｊｒ．）他に対して発行された、米国特許第５，６２０，７５５号に、一部説明されている。
領域空間光変調器を用いたＲＧＢ色の表示に関して何らかの成功があった一方で、重要な制限が存在している。３光源色を用いるディスプレイ装置での制限としては、例えば、装置タイミングおよびリフレッシュサイクルを挙げることが出来る。単一のＬＣＤ装置を、追加色を扱うよう適合させるには、より速い画像データ取扱が必要となり、リフレッシュ時間さえも減少させ、総合的輝度を減少させることになる。複数のＬＣＤを使用すると、高価なものとなり、配列問題を引き起こすことになる。レーザソースと共に用いるなら、ＬＣＤは、干渉に起因する多数の一様性問題を現出させる。ＬＣＤはまた、画像コントラストに関して、特定の困難な問題を提示する；画像経路からの迷光は防ぐものの、必要な輝度レベルの達成は難しい場合がある。迷光は、こうした装置が、従来のフィルムベースのディスプレイ装置で得られる、高品質な黒を実現するのを妨げる。要約すれば、ＬＣＤおよび他の二次元空間光変調器を用いる従来のアプローチは、既存の３色モデルよりも全域を広くする表示装置を提供する、最善の解決法を提供するものとは思われない。
一次元空間光変調器として考慮可能でもあるリニアアレイは、上述された二次元ＬＣＤおよびＤＭＤ領域空間光変調器に対して、若干の利点を有している。リニアアレイの固有の性能利点は、より高い解像度、コスト削減、および簡易型照明光学部品に対する能力を含んでいる。特定の利点は以下の通りである：リニアアレイは、レーザ光線に対し、その二次元対応物より適切な変調器である。例えば、１９９４年５月１０日に発行された、ブルーム（Ｂｌｏｏｍ）他に対する米国特許第５，３１１，３６０号に開示されているように、グレーティングライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）（ＧＬＶ）リニアアレイは、レーザ源を用いて、高輝度画像化のために実行し得る解決法を提供する、以前のタイプのリニアアレイである。
近年、中間サポートの周期系列により基板上方に吊されたリボン要素から成る、電気機械等角グレーティング装置が、２００１年１０月２３日にコワルツ（Ｋｏｗａｒｚ）に対して発行された、「等角グレーティング装置を伴う空間光変調器」と題された、米国特許第６，３０７，６６３号に開示された。電気機械等角グレーティング装置は、リボン要素をサポート基礎の周りに適合させ、それによりグレーティングを生成する、静電動作により動作される。米国特許第６，３０７，６６３号の装置は、さらに最近、等角ＧＥＭＳ装置として知られるようになった。ＧＥＭＳとは、グレーティング電気機械システム（Ｇｒａｔｉｎｇ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を表す。等角ＧＥＭＳ装置には、多くの魅力的な特徴がある。それは、高速ディジタル光変調に、ハイコントラストおよび良好な効率を提供する。さらに、等角ＧＥＭＳ装置のリニアアレイでは、活性領域が比較的大きく、グレーティング周期はアレイ方向に対して垂直方向に向いている。グレーティング周期のこの方向付けにより、回折光線は、リニアアレイに近接して分離され、さらに、光学システムの大部分の至る所で、空間的に分離されたままとなる。レーザ源と共に使用すると、ＧＥＭＳ装置は、優れた輝度、速度、およびコントラストを提供する。
２００２年６月２５日にコワルツ（Ｋｏｗａｒｚ）他に発行された米国特許第６，４１１，４２５号は、多くの印刷実施例およびディスプレイ実施例で、ＧＥＭＳ装置を採用する画像システムを開示している。これに対するＧＬＶ相当品のように、ＧＥＭＳ装置は、画像の単一の色および単一のラインを同時に変調する。従って、カラー画像を形成するには、単一のリニアな変調器へ各色に対する照明データおよび変調データを配列するか、または、個々に変調されたカラー画像を結合するか、いずれかのための適切な技術を必要とする。従来のＲＧＢカラーシステムでは、個々に変調された３つの画像を結合するのと同様に、３色を用いるカラー連続画像形成のための様々な技術が開発され、用いられて来た。しかし、これらの装置を、拡張色域を生成するために、３色より多い色を用いて画像を提示するカラーディスプレイ装置に適合させることは、かなり困難であることは理解に難くない。
従来の技術解決法の短所にもかかわらず、拡張色域を有する画像表示を提供することには、重要な利点があることが認められる。天然色は、よりリアルに再現可能である。同時に、現実に見られる色やトーンに限定されないコンピュータ生成画像は、より劇的に表示可能である。従って、簡単な構造の装置を提供し、収差および画像変形を最小にし、さらに、ハイコントラスト、高い輝度、高速、柔軟性に富む動作、および低コストという必要条件を満たす、拡張色域を有する画像を閲覧するための、改良された画像化解決法が必要とされている。
本発明は、カラー画像をディスプレイ表面に形成するために、３色より多い頂点色によって定義された拡張色域を有する、改良された画像化装置を提供することにより、上述の問題の１つ以上を解決しようとするものであり、以下を含む：（ａ）第１の頂点色を透過させ、１度に少なくとも４つの異なる頂点色のうちのどれか１つを有する、有色照明光線を照射軸に沿って、方向付けるカラー結合要素に向かって第２の頂点色を反射する、少なくとも１つのダイクロイックコンバイナを含む光源；（ｂ）照射軸に沿った有色照明光線を受ける電気機械グレーティング装置のリニアアレイ；（ｃ）電気機械グレーティング装置のリニアアレイから反射したゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックする遮断要素；（ｄ）少なくとも１本の、電気機械グレーティング装置のリニアアレイからの回折光線を、ディスプレイ表面へと方向付け、それにより、リニアアレイのライン画像をディスプレイ表面に形成するスキャン要素と連携する投影レンズ；および、（ｅ）光源のタイミングを制御し、画像データを電気機械グレーティング装置のリニアアレイに供給する論理制御プロセッサ。
本発明はまた、カラー画像をディスプレイ表面に形成する画像化装置のために、３色より多い実質的に単色の頂点色により定義された、拡張色域を提供する方法を提供する。この方法は、以下を含む：（ａ）いかなる時にも少なくとも４つの異なる頂点色のうちのどれか１つを有する有色照明光線を照射軸に沿って、供給すること；（ｂ）照射軸に沿って有色照明光線を受ける電気機械グレーティング装置のリニアアレイを位置決めすること；（ｃ）電気機械グレーティング装置のリニアアレイから反射したゼロ次の光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックすること；（ｄ）複数の回折オーダーの光線をディスプレイ表面に方向付けるために、スキャン要素に向かって、複数の回折オーダーの光線を投影すること；および、（ｅ）電気機械グレーティング装置のリニアアレイに供給された、有色照明光線および画像データのタイミングを制御すること。
本発明の利点は、ＧＬＶ装置および等角ＧＥＭＳ装置の双方の、固有の高解像度能力、高効率能力、およびハイコントラスト能力を利用することである。
本発明のさらなる利点は、大規模な表示アプリケーションおよび映像アプリケーションに必要とされる、高輝度レベルを達成可能な、画像形成装置を採用することである。
本発明のさらなる利点は、４色以上のソース色を選択的に用いることにより、色域拡大を可能にすることである。本発明はまた、適切なタイミング変化により、例えばシーン内容により使用される色数を切り換えるオプションを備える、ディスプレイ装置を可能にする。本発明ではまた、オプションとして、利用可能な頂点色の部分集合を選択することにより、色域のドメインを変更することが可能である。
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を、本発明の図示の実施例が示され、説明されている図面と関連して読むことにより、当業者にとって明白なものとなるだろう。
本願明細書が本発明の主題を特に指摘し、明瞭に請求する請求項を持って結論付ける一方で、添付図面と関連する以下の説明から、本発明をさらに良く理解されることが出来ると思われる。
本説明は、特に本発明に従う装置の部分を形づくる要素、または、より直接に連携する要素に向けられている。特に示されないか、説明されていない要素が、当業者にとって周知の様々な形式をとり得ることは理解されるであろう。
本発明の特徴は、ディスプレイ装置に拡張色域を提供するために、４色以上の実質的に単色の頂点色を有する光を変調する、１つ以上の電気機械グレーティング装置を用いることである。
以下の説明では、単一の色経路に特定された要素は、部品番号に付された添字により、さらに特定される。これが用いられる場合は、添字は、色経路に一致している；例えば、「ｒ」は赤色、「ｂ」は青色、「ｇ」は緑色、「ｙ」は黄色、「ｙｇ」は黄緑色、および「ｂｇ」は青緑色に対して付されている。
本出願において用いられる「頂点色」という用語は、ディスプレイ装置に対して、色域多角形の頂点を定義する光源から放射される成分色を意味している。例えば、図１ｂに戻ると、画像化装置に対する拡張装置全域２０４の４つの頂点色は、頂点２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、または２０３ｄを定義している。本出願で用いられる「実質的に単色の頂点色」という用語は、高度のスペクトル純度を有する頂点色を意味している。理想的には、レーザなどからのような実質的に単色の頂点色は、単一の波長を有している。すなわち、実質的に単色の頂点色に対しては、その頂点２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、また２０３ｄは、図１ｂに示されるように、可視全域２００の曲線上に直接存在する。これにより色域は最大となるだろう。しかし、実際には、あらゆるレーザ源がスペクトル的に純粋で、この「理想的」単色性を示すというわけではない；例えばショート‐パルスレーザなど、あるクラスのレーザ装置では、若干量の好ましくないスペクトル放出が起こり得る。事実、最大色域とスペックル低下との間にはトレードオフが存在する。実質的に単色のレーザ源では、好ましくないスペックルは最大となる。さほど完全ではないレーザ放射では、それに対応してスペックルは低下する。従って、スペックルが最小量となる高品質表示性能では、実質的に単色の頂点色は、図１ｂにおいてその対応する頂点２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、または２０３ｄが、可視全域２００の曲線に非常に近くなる、非常に単色に近いレーザにより、適切に提供されることになるだろう。比較すると、ＣＲＴ燐光体により放射される色および広域スペクトル内容の提示は、図１ａ内の三角形装置全域２０２の頂点で表されるように、本出願に関する文脈での、実質的に単色の頂点色であると考えられることはないだろう。
単一電気機械グレーティング光調整器８５装置を伴う実施例
図２ａを参照すると、ディスプレイ装置１０は、好ましい実施例における、等角ＧＥＭＳ装置のリニアアレイである、電気機械グレーティング光変調器８５を用いて、画像を形成し、および投影する要素の基本的配置を示している。光源２０は、球面レンズ７２および円柱レンズ７４を通って調節され、回転ミラー８２に方向付けられた照明を提供する。回転鏡８２から反射した光は、電気機械グレーティング光変調器８５での回折により変調される。電気機械グレーティング光変調器８５からの変調された回折光は、回転ミラー８２の先で回折し、レンズ７５により、スキャンミラー７７へと向けられる。回転ミラー８２は、電気機械グレーティング光変調器８５からの、ゼロ次反射光に対して遮断要素として働く。
スキャンミラー７７が回転すると、電気機械グレーティング光変調器８５からの変調された個々のライン画像は、ディスプレイ表面９０上に二次元画像を形成する。制御論理プロセッサ８０は、スキャンミラー７７の位置に基づいて、画像変調データを１行ずつ、電気機械グレーティング光変調器８５に提供する。光源２０の制御は、また、任意に制御論理プロセッサ８０によって提供されてもよい。１つの実施例での高光学効率およびハイコントラストのために、ディスプレイ表面９０上に形成された画像の投影線は、電気機械グレーティング光変調器８５からの変調光の２つ以上の回折オーダーから形成されるのが好ましい。ディスプレイ表面９０は、１つの実施例では反射投影スクリーンである；しかし、同様の構造および動作は、バックリット（ｂａｃｋｌｉｔ）ディスプレイパネル、もしくは他の目視表面など、透過投影表面に対して用いられてもよい。
オプションのクロス‐オーダーフィルタ１１０は、被変調光内の好ましくない回折したクロス‐オーダーの投影を最小にするよう、レンズ７５のフーリエ（焦点）平面付近に配置可能である。スキャンミラー７７は、変調光の回折されたクロス‐オーダー成分が、そのワーキングエリアの外へ向かうよう、適切な大きさにすることが出来る；これにより、スキャンミラー７７は、特定の回折されたオーダーの拒否に対し、クロス‐オーダーフィルタ１１０と同等に機能し得ることになる。
図２ｂは、図２ａの従来型の光源２０を、いかにして複数の頂点色が使用可能なものに変更するかを、概略形式で示している。図２ｂの例では、緑色光源２０ｇ、青色光源２０ｂ、黄色光源２０ｙ、青緑色光源２０ｂｇ、または赤色光源２０ｒのいずれからの光も、照射軸Ｏに沿って、光源照明として提供可能である。Ｘ−キューブ、Ｘ−プリズム、またはフィリップスプリズムなどの色結合要素７３は、照射軸Ｏに沿って色を方向付けるのに使用可能である。Ｘ−キューブは最大３方向からの入力光を受けることが出来るので、好ましくは、Ｘ−キューブへの１つ以上の入力経路は、図示されたように、複数の色によってさらに共有されるべきである。例えば、ダイクロイックコンバイナ９４は、青色光源２０ｂおよび青緑色光源２０ｂｇからの頂点色光を入力経路Ｉ１上へ合成する。同様に、入力経路Ｉ３は、第２のダイクロイックコンバイナ９４を用いて、黄色光源２０ｙと赤色光源２０ｒからの頂点色光によって共有される。この例では、入力経路Ｉ２には、青色光源２０ｇからの光しかない。この５色の組は、単に一例に過ぎないということを強調しておくべきであろう；改良された色表現に対して所望の結果を提供する、スペクトル純度および適性などの評価基準を用いて選ばれる、他の頂点色も採用可能である。
複数の電気機械グレーティング光変調器８５装置を伴う実施例
図２ｂの光源２０の配置は、図２ａの変調要素および投影要素と共に使用可能であったが、その一方で若干の明白な困難さが存在している。電気機械グレーティング光変調器８５は一度に１つの色を変調するので、好ましくは、制御論理プロセッサ８０は、任意の個々の光源２０ｂ、２０ｙ、２０ｇ、２０ｂｇ、または２０ｒの起動と、電気機械グレーティング光変調器８５へ提供される画像データ、およびスキャンミラー７７の回転を同期させるべきである。追加の頂点色を有効に用い、さらに、所与のディスプレイもしくは投影に必要な輝度レベルを維持可能な程度に、迅速に色を切り換えるのは実用的とは言えないだろう。他の問題には、十分なフレームレートの維持、および総合的ダイナミックレンジの考慮がある。
図３を参照すると、それぞれが各頂点色専用の４台のＧＥＭＳ装置を用いるディスプレイ装置７０のための、本発明の実施例が示されている：電気機械グレーティング光変調器８５ｒは、赤色光源２０ｒからの光を、回転ミラー８２に当たった後に変調する；電気機械グレーティング光変調器８５ｙは、黄色光源２０ｙからの光を変調する；電気機械グレーティング光変調器８５ｇは、緑色光源２０ｇからの光を変調する；電気機械グレーティング光変調器８５ｂは、青色光源２０ｂからの光を、回転ミラー８２に当たった後に変調する。さらに、色経路は、Ｘ−キューブを用いるなどして、色結合要素７３で結合される。緑色および黄色の色経路は、ダイクロイックコンバイナ９２を用いて結合される。図３に示された実施例では、緑色光源２０ｇは、ダブル矢のシンボルよって示されたｐ偏光を有し、さらに黄色光源２０ｙは、ｓ偏光を有している。これらの頂点色は、ダイクロイックコンバイナ９２により、偏光ビームスピリッタ９３へ方向付けられる。代替的に、黄色光源２０ｙおよび緑色光源２０ｇの偏光状態に基づいて、ダイクロイックコンバイナ９２に代え、第２の偏光ビームスピリッタが使用可能である。偏光ビームスピリッタ９３は、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する。ｐ偏光を有する緑色光は、偏光ビームスプリッタ９３を通して透過され、さらに波長板９１ｇを通して電気機械グレーティング光変調器８５ｇに伝達される。再び波長板９１ｇを通り抜けた後にｓ偏光を有している、電気機械光変調器８５ｇからの被変調緑色光は、その後、色結合要素７３を通して被変調光を方向付ける偏光ビームスプリッタ９３から反射される。黄色光は、最初にダイクロイックコンバイナ９２で反射され、偏光ビームスプリッタ９３へと方向付けられる。ｓ偏光を有する黄色光は、偏光ビームスプリッタ９３から反射され、波長板９１ｙを通して伝達され、黄色電気機械グレーティング光変調器８５ｙによって変調される。被変調黄色光は、再び波長板 ９１ｙを通り抜け、偏光ビームスプリッタ９３を通して色結合要素７３に伝達される。好ましくは４分の１波長の波長板である、波長板９１ｇ、９１ｙは、入射（入って来る）および被変調（出てゆく）緑色光および黄色光の偏光をそれぞれ回転させる。それにより、偏光ビームスプリッタ９３を通して伝達される被変調黄色光は、色結合要素７３によりレンズ７５およびスキャンミラー７７に方向付けられる。マルチオーダー波長板９７は、被変調緑色光および被変調黄色光の双方が色結合要素７３により効率的な取扱いを得るのに必要な偏光状態を有するよう、偏光ビームスプリッタ９３から出て来る被変調光の偏光を修正する。
図３で与えられる配置は、それぞれが単一色での使用専用で同時に作動可能な、４つの電気機械グレーティング光変調器８５５、８５ｙ、８５ｇ、８５ｂを利用する。ストップ９５は、２つ以上の色を結合するあらゆる色経路に対して、ゼロ次反射をブロックする遮断要素として働く。最も簡単な形式では、ストップ９５は反射性ではない。
共有された電気機械グレーティング光変調器８５装置を伴う実施例
ディスプレイ装置７０の複雑さおよびコストを、画質上で妥協することなく、削減可能であるという利点が理解される。図４を参照すると、ここでは、３つの電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｂ、８５ｇｙのみを用いてコストを削減する、代替的な４色ディスプレイ装置７０が示されている。色結合要素７３の表面に対して斜めに配列された、３つの電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｂ、８５ｇｙは、回転ミラー８２を必要としない；ゼロ次反射をブロックするには、ストップ９５のみが必要である。電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｂは、それぞれ光源２０ｒ、２０ｂからの、赤色光および青色光を変調し、被変調光を被回折オーダーとして色結合要素７３へ方向付ける。さらに色結合要素７３は、投影するためにレンズ７５を通してスキャンミラー７７に向かって被変調赤色光および被変調青色光を方向付ける。しかし、黄色および緑色の色変調は、異なって扱われる。電気機械グレーティング光変調器８５ｇｙは、ダイクロイックコンバイナ９２を通って伝達される、光源２０ｇからの入射緑色光を受ける。それに対して、光源２０ｙからの黄色光は、ダイクロイックコンバイナ９２から電気機械グレーティング光変調器８５ｇｙ上へ反射される。電気機械グレーティング光変調器８５ｇｙは一度に１つの色しか変調出来ないので、照明光源２０ｙ、２０ｇへは、例えば６０Ｈｚなど、人間の観察者にとり知覚不能な速度で双方の色を連続して変調する（別の呼び方として、代替色変調光線）よう、制御論理プロセッサ１１１が交互に提供される。制御論理プロセッサ１１１は、この色の制御を、電気機械グレーティング光変調器８５ｇｙへの、このカラー画像データの提示と同期させる。緑色光源２０ｇおよび黄色光源２０ｙがレーザである場合は、制御論理プロセッサ１１１は、レーザパワーを直接循環させることにより、この複合動作に対して、十分な速さで照明制御が可能となるだろう。この目的のために、任意に、照明経路内でシャッター（図示せず）が使用可能であった。
さらに図４を参照すると、黄色および緑色経路に示されたパターンを複製することにより、４色に対し２つの電気機械グレーティング光変調器を必要とするだけというような、さらなるコスト削減が可能であることに留意するべきである。すなわち、赤色光源２０ｒおよび青色光源２０ｂは、別々のダイクロイックコンバイナ９２へも向けられ、さらに、赤色光および青色光に対する単一の電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｂは、それぞれ、その後色結合要素７３に方向付けられる、交互色変調光線を含んだ複合色画像を形成するよう、制御論理プロセッサ１１１により制御可能である。図４の配置は、ＧＬＶ装置またはＧＥＭＳ装置のいずれかを、電気機械光変調器８５として用いるのに適している。しかし、ＧＬＶ装置では、３つのストップ９５は、フーリエ平面レンズ７５に位置決めされた単一のストップ９５に取り替えられることになるだろう。
図４の総合的配置によって、図３に関して説明されたことと同様に、偏光ビームスプリッタ９３をダイクロイックコンバイナ９２に代えることが出来るよう、偏光を用いた光分離技術が採用可能となる。しかし、さらに、これによって、２つの異なる色が同じ電気機械グレーティング光変調器８５によって変調される場合、各被変調色は適切な偏光状態を有しているようにする、マルチオーダー波長板９７の使用が必要となるだろう。
色−複合リニア変調器を用いる場合には、二次元画像が形成される際に、個々の色ラインの僅かな調整不良によって、意図しない画像異常が起こることが確認される。僅かな調整不良を補う技術には、同じ電気機械グレーティング光変調器８５を共有する色のタイミングシーケンスを周期的に変更することがある。図４の配置、および、例えば画像フレームＮ内の電気機械グレーティング光変調器８５ｇｙを参照すると、緑色のラインが最初に投影される。次の画像フレームＮ＋１を表示する際、最初に緑色のラインではなく黄色のラインが投射され（１）、それによってタイミングシーケンスが交替する（２）よう、タイミングシーケンスが逆にされる。
図５を参照すると、ここでは、ディスプレイ装置７０内で色経路を結合する、他の代替的配置が示されている。ここで、ダイクロイックコンバイナ１１３は、色結合要素７３への緑色および黄色の色変調経路を結合するために使用されている。そして、別々の電気機械グレーティング光変調器８５は、各頂点色に使用されている。
図５はまた、赤色および青色の色変調のために光学経路長を均一化する、任意の補償要素８９を含んでいる。補償要素８９は、経路長の差による画像異常の削減を補助するよう、光経路に配置したキューブまたは他の光学要素であってもよい。空気より大きな屈折率を有するため、補償要素８９は、事実上、レンズ７５に対して、１色以上の色の光学経路長を延ばす。
光源結合のさらなる技術
単一の光経路に沿って、１本以上のレーザ光線を結合することにより、レーザパワーを増強し得ることが知られている。図６を参照すると、ディスプレイ装置７０は、赤色、緑色、青色、および黄色の電気機械グレーティング光変調器８５ｒ、８５ｇ、８５ｂ、８５ｙを有している。特に赤色経路を参照すると、複数の赤色光源２０ｒ１、２０ｒ２、２０ｒ３が設けられている。ダイクロイックフィルタ４０ｒ１、４０ｒ２、４０ｒ３は、電気機械グレーティング光変調器８５ｒにより、複数の赤色光源２０ｒ１、２０ｒ２、２０ｒ３からの光を、変調用の単一の経路に沿って合成するのに用いられる。この機能を提供するには、個々の光源２０ｒｌ、２０ｒ２、２０ｒ３の出力波長を、対応するダイクロイックフィルタ４０ｒｌ、４０ｒ２、４０ｒ３のフィルタ特性に合わせる必要がある。図７を参照すると、それぞれがダイクロイックフィルタ４０ｒｌ、４０ｒ２、４０ｒ３のための、一連の代表的なレスポンス曲線２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃが示されている。曲線２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃは、フィルタ透過を、波長に対する割合としてプロットしている。図６に示されるように、ダイクロイックフィルタ４０ｒ１は、この原理を用いて、光源２０ｒ１からの光を反射し、さらに光源２０ｒ２、２０ｒ３からの光を透過する。同様に、ダイクロイックフィルタ４０ｒ２は、光源２０ｒ２からの光を反射し、光源２０ｒ３からの光を透過する。ダイクロイックフィルタ４０ｒ３は、光源２０ｒ３からの光を反射し、１つ以上の追加的な赤色光源２０ｒからの光を透過するよう設計可能であった。光源２０ｒ３が一連の最終光源である場合、ダイクロイックフィルタ４０ｒ３の代わりにミラーを使用可能であり、または、光源２０ｒ３を、ダイクロイックフィルタ４０ｒ２を直接通して透過するように位置決め可能であった。このパターンでは、光源２０ｒｌ、２０ｒ２、２０ｒ３は、互いに、ダイクロイックフィルタ４０ｒｌ、４０ｒ２、４０ｒ３による選択的な反射および透過を有意に可能とする程度に異なっている、その異なる波長に従って分類される必要がある。図７の例示グラフに戻ると、光源２０ｒ１の出力波長にマッチしたダイクロイックフィルタ４０ｒ１は、曲線２４０ａの透過応答を有している。これにより、ダイクロイックフィルタ４０ｒ１は、少なくとも８０％より高い効率で、６３８ｎｍの赤色波長を透過可能となる。光源２０ｒ２の出力波長にマッチしたダイクロイックフィルタ４０ｒ２は、曲線２４０ｂの透過応答を有している。これにより、ダイクロイックフィルタ４０ｒ２は、少なくとも８０％より高い効率で、６４８ｎｍの赤色波長を透過可能となる。同様に、光源２０ｒ２の出力波長にマッチしたダイクロイックフィルタ４０ｒ２は、曲線２４０ｃの透過応答を有しており、少なくとも８０％より高い効率で、６５８ｎｍの赤色波長を透過可能となる。このパターンを用いると、最も低い波長応答を有するダイクロイックフィルタ４０ｒ１は、すべてのより高い波長を通過させる；続く各ダイクロイックフィルタ４０は、さらに制限してもよい。
図６の要素配置により、各色経路内で追加的輝度が選択的に加えられることになる。この「団体的」配置は、１つ以上の成分頂点色のレベルを増強することに役立つだろう。しかし、この解決法は、輝度を増加させるかもしれないが、合成色のスペクトル純度が減少されるため、必然的に色域に若干の損失がある。
（制御論理プロセッサ１１１の役割）
図４に示されたような制御論理プロセッサ１１１の役割は、光源２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ、２０ｙ、２０ｂｇ、およびその他の動作を指示する多くの方法において、拡張可能であった。例えば、図６の配置に関して、制御論理プロセッサ１１１（図６には図示ぜず）は、１つ以上の色変調経路内で、光源照明の強度を制御可能である。制御論理プロセッサ１１１は、どの色チャンネル内で、どのレーザが通電されるかを選択的に制御可能である。制御論理プロセッサ１１１は、図４に関して説明されたように、同じ電気機械グレーティング光変調器８５に向けられる、２つの異なる色の光源２０のシーケンスを交互に制御可能である。
さらに、制御論理プロセッサ１１１は、視覚体験を最適化するために、いかなる色の表示も、所望通りに選択し、もしくは抑制するようプログラムされてもよい。例えば若干のタイプのシーン内容は、３つの頂点色のみを使用して、適切に表示可能であろう。例えば、従来の映画表示投影では、標準的な屋内シーンは、従来の赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）の色成分を用いてリアルに表示される。従来の画像データ表現は、ＲＧＢデータ値を各ピクセル成分に提供する。その後、ディスプレイ装置７０は、三色モードで作動する場合、こうしたシーンを忠実に表示可能である。しかし、コンピュータが生成したシーン素材では、（図１ａに示されたような）従来のＲＧＢ全域は制限されるだろう。色表現技術において周知の通り、ＲＧＢ着色のみを用いて忠実には表現されない、コンピュータ生成色が存在する。従って、コンピュータ生成グラフィックスでは、標準的な３色表示から、ディスプレイ装置７０による、４色、５色、または６色の表示へ切り替えるのが有益な場合がある。概して、Ｐが整数である場面、ディスプレイ装置７０を、シーン内容に基づいて、Ｐ色およびＰ＋１色の表示に切り換えることが出来た。代替的に、異なるタイプのシーンでは、第４、第５、または第６の頂点色により提供される、追加的色域から効果を得ることもあろう。例えば、青緑色成分の追加により、水中シーンの表示を豊かなものにすることが出来た。または、黄色成分の追加が、砂漠シーン、もしくは草原シーンの色表示の一助となることもあろう。
従って、制御論理プロセッサ１１１は、ディスプレイ装置７０が、同じ映画プレゼンテーション内でさえ、さらにフレーム間でさえ、必要に応じて３、４、５、６、またはそれ以上のソース色の間で切り換え可能となるよう、表示する個々の各ピクセル、またはシーンフレームに対して可能な、使用色数を制御するように用いられることが出来る。追加的頂点色を使用すべきか否かを決定するのに使用可能なファクターには、例えば、強調色が有用なピクセル数、および、所望される色と従来のＲＧＢ色域との相違量などがある。
制御論理プロセッサ１１１自体は、多くの方法で実施されてもよい。好ましい実施例では、制御論理プロセッサ１１１は、ディスプレイ装置７０内に収容された専用ＰＣワークステーションである。代替的に、制御論理プロセッサ１１１は、例えば、専用マイクロプロセッサ、論理ゲートアレイ、または同様の適合可能な論理装置を用いて実施可能であろう。
（選択可能な色域用頂点色選択）
図１ｂに戻って、ここでは、ディスプレイ装置１０（図２ａ）が、単により大きな多角形を構築することにより、いかにして４色以上の頂点色を用いる拡張装置全域２０４を提供するかを示している。代替手段として、ディスプレイ装置１０は、より多くの頂点色を提供するオプションも可能であるが、必要に応じて、３色の頂点色を有する異なる組を用いることにより、より小さな装置全域を使用することも可能である。例えば、２つの代替緑色波長が利用可能であろう。若干のタイプの画像化では、例えば、頂点２０３ｃでの青みがかった緑色により、色域が頂点（２０３ａ、２０３ｄ、２０３ｃ）の色により定義される三角形となるよう、最適の色域を提供するだろう。他のタイプの画像で、好ましい色域が頂点（２０３ａ、２０３ｄ、２０３ｂ）の頂点色で定義されるよう、頂点２０３ｂでのより黄色を含んだ緑色を用いれば、さらに良好な表示となるだろう。ディスプレイ装置１０は、その後、（頂点２０３ａ、２０３ｄ、２０３ｃ）および（頂点２０３ａ、２０３ｄ、２０３ｂ）の異なる頂点色の組により定義された、２つの僅かに異なる全域の間で、最も効果的な色表現に必要なように切り換え可能であった。この配置により、ディスプレイ装置１０は、事実上、シーン内容の変化、ユーザのトーンスケールに対する嗜好、画像キャプチャ条件、および他の変数を許容する、選択可能な色域を提供する。
図６に戻って、いかなる色経路内でも、光源２０の選択的切り換えは、２つの目的のいずれかに役立つことになる。第１の場合は、初めに図６を参照して説明したように、色経路の複数の光源は、その色の輝度を増すために通電可能であった。例えば、赤色光源２０ｒ１、２０ｒ２は、共に、赤色チャンネル内の輝度の相加効果を伴って通電可能であった。第２の場合は、全域の切り換えに関して上述したように、色経路の特定の光源は、頂点色を提供するために通電可能であった。例えば、結果として色域を僅かに変化させるよう、赤色光源２０ｒ１の代わりに赤色光源２０ｒ２に通電可能であった。この、複数または代替の光源の選択能力は、ディスプレイ装置７０のいかなる１つ以上の色経路内でも使用可能である。この同じ原理は、エリアもしくはリニアの空間光変調器のいずれかを用いて、３色以上の色を使用するディスプレイ装置に適用可能であろう。
（光学要素オプション）
図３、図４、図５、および図６は、色変調に用いられるディスプレイ装置７０の部品のみを示していることに留意されるべきである。スキャン機能、投影機能、およびディスプレイ機能には、ディジタル画像表示技術の当業者に周知の構成部品を用いてもよい。スキャンミラー７７は、一度に１本のラインをディスプレイ表面９０に送る、画像スキャン可能な最も簡単な装置の一組である。
図３、図４、図５、および図６は、広い色域を可能にする好ましい色選択を示している：すなわち、赤色、緑色、青色、および黄色である。しかし、本発明の範囲の中で、特定のタイプの画像や視覚条件に対しては、異なる色選択が適切となり得ることは強調されるべきであろう。
レーザは、その固有の輝度、狭いビームプロフィール、さらに高いスペクトル純度により、好ましい実施例に用いられている光源２０である。明るいＬＥＤまたは代替光源は、レーザが提供する結果よりも満足度は少ないが、使用可能であった。
カラー結合要素は、通常、様々な波長で光を反射し、または透過するために作られた、１つ以上のダイクロイック表面を含んでいる。図２ｂ、図３、図４、図５、および図６は、色結合に用いられる、交差ダイクロイック表面に基づいて作動する、Ｘ−キューブ、またはＸ−プリズムを示している。しかし、複数の入力色を単一の出力色経路へ方向付けるよう、色合成ダイクロイック表面の他の配置が、代替的に用いられてもよい。
本発明は、特に、ある好ましい実施例に関連して詳細に説明されているが、上述のような本発明の範囲内で、さらに、請求項で言及されているように、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって、変更および修正が有効であることは理解されるだろう。例えば、本発明の好ましい実施例では、輝度および速度などにおける、その特定の利点ゆえに、電気機械グレーティング光変調器８５を採用している。しかし、本願明細書で開示された方法および装置は、より一般的に、空間光変調器もしくは他のタイプのリニア変調器を採用するディスプレイ装置１０に適用可能かも知れない。
電気機械グレーティング装置のリニアアレイが、ＧＬＶ装置および等角ＧＥＭＳ装置から成るグループから取り出される拡張色域を有する画像化装置。
ディスプレイ表面が、反射投影スクリーンと透過投影表面から成るグループから選択された拡張色域を有する画像化装置。
光源が、レーザを含む拡張色域を有する画像化装置。
複数の被回折クロス‐オーダー光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックするクロス‐オーダーフィルタをさらに含む画像化装置。
遮断要素が、有色照明光線を、電気機械グレーティング装置のリニアアレイへ方向付けることにも用いられる画像化装置。
カラー結合要素が、Ｘ−キューブおよびフィリップスプリズムから成るグループから取り出される画像化装置。
光源が、有色照明光線を形成するために、第３の頂点色を伝達し、第４の頂点色を色結合要素に向かって反射する、第２のダイクロイックコンバイナをさらに含む画像化装置。
光源が、少なくとも４つの異なる頂点色の何れかを有する照明光線を形成する、色結合手段を含む画像化装置。
有色照明光線が、実質上単色である画像化装置。
電気機械グレーティング装置の第１、第２、および第３のリニアアレイが、ＧＬＶ装置および等角ＧＥＭＳ装置から成るグループから取り出される画像化装置。
ディスプレイ表面が、反射投影スクリーンおよび透過投影表面から成るグループから取り出される画像化装置。
第１の頂点色光源が、レーザを含む画像化装置。
複数の被回折クロス‐オーダー光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックするクロス‐オーダーフィルタをさらに含む画像化装置。
遮断要素が、有色照明光線を、電気機械グレーティング装置の、第１、第２、または第３のリニアアレイへ方向付けることにも用いられる画像化装置。
第１の頂点色光源が、実質上単色である画像化装置。
カラー画像を一連のラインとしてディスプレイ表面上に形成するために、３色より多い頂点色によって定義された拡張色域を有する画像装置は、以下を含む：（ａ）第１の代替色変調光線を提供する、第１の二色変調システム、第１の二色変調システムは以下を含む：（ａ１）第１の頂点色光源、および第２の頂点色光源；（ａ２）第１の照明光線を提供するために、第１の頂点色光源および第２の頂点色光源からの光を、第１の共通照射軸に沿って方向付ける、第１のコンバイナ；（ａ３）画像データに従って、第１の共通照射軸に沿って受け取った第１の照明光線を回折させる、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイ；（ａ４）電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイから反射した第１のゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックする、第１の遮断要素；いかなる時でも、第１の頂点色光源または第２の頂点色光源のいずれかを選択し、第１または第２の頂点色光源に対応する画像データを提供する、制御論理手段；（ｂ）第２の代替色被変調光線を提供する、第２の二色変調システム、第２の二色変調システムは以下を含む：（ｂ１）第３の頂点色光源、および第４の頂点色光源；（ｂ２）第２の照明光線を提供するために、第３の頂点色光源および第４の頂点色光源からの光を、第２の共通照射軸に沿って方向付ける、第２のコンバイナ；（ｂ３）画像データに従って、第２の共通照射軸に沿って受け取った第２の照明光線を回折させる、電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイ；（ｂ４）電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイから反射した第２のゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックする、第２の遮断要素；いかなる時でも、第３の頂点色光源または第４の頂点色光源のいずれかを選択し、第３または第４の頂点色光源に対応する画像データの提供を可能にする、制御論理手段；（ｃ）単一の投影軸に沿った最終出力色光線として、第１および第２の代替色被変調光線を結合する、画像化光線コンバイナ；および、（ｄ）少なくとも１本の、最終出力光線からの回折光線を、ディスプレイ表面へと方向付け、それにより、ライン画像をディスプレイ表面に形成する、スキャン要素と連携する投影レンズ。
電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイが、ＧＬＶ装置および等角ＧＥＭＳ装置から成るグループから取り出される拡張色域を有する画像化装置。
ディスプレイ表面が、反射投影スクリーンと透過投影表面から成るグループから選択される拡張色域を有する画像化装置。
拡張色域を有し、第１の頂点色光源が、レーザを含む画像化装置。
拡張色域を有し、第１の遮断要素が、第１の照明光線を、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイへ方向付けることにも用いられる画像化装置。
拡張色域を有し、画像光線コンバイナが、Ｘ−キューブとフィリップスプリズムから成るグループから選択される画像化装置。
拡張色域を有し、第１の頂点色光源が、実質上単色である画像化装置。
カラー画像を一連のスキャンされたラインとしてディスプレイ表面上に形成するために、３色より多い頂点色によって定義された拡張色域を有する画像化装置は、以下を含む：（ａ）第１の色被変調光線を提供するよう、光を回折させる電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイに向かって方向付けられる、第１の頂点色光源；（ｂ）第２の色被変調光線を提供するよう、光を回折させる電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイに向かって方向付けられる、第２の頂点色光源；（ｃ）第３の色被変調光線を提供するよう、光を回折させる電気機械グレーティング装置の第３のリニアアレイに向かって方向付けられる、第３の頂点色光源；（ｄ）第４の色被変調光線を提供するよう、光を回折させる電気機械グレーティング装置の第４のリニアアレイに向かって方向付けられる、第４の頂点色光源；（ｅ）二元色被変調光線を形成するために、第１および第２の色被変調光線を結合する、第１のコンバイナ；（ｆ）複数色被変調光線を形成するために、二元色被変調光線、第３の色被変調光線、および第４の色被変調光線を結合する、第２のコンバイナ；（ｇ）少なくとも１本の、複数色被変調光線からの回折光線を、ディスプレイ表面へと方向付け、それにより、ライン画像をディスプレイ表面に形成する、スキャン要素と連携する投影レンズ；および、（ｈ）画像データを、電気機械グレーティング装置の第１、第２、第３、および第４のリニアアレイに提供する制御手段。
第１のコンバイナが、偏光ビームスプリッタである画像化装置。
第１のコンバイナが、ダイクロイックコンバイナである画像化装置。
第１の頂点色光源が以下を含む画像化装置：（ａ）第１の波長を有する第１のレーザ；（ｂ）第２の波長を有する第２のレーザ；および、（ｃ）第１のレーザからの光を反射して、第２のレーザからの光を伝達するダイクロイックミラー；それによって第１のレーザおよび第２のレーザの双方が、第１の頂点色光源となる。
第４の頂点色光源が以下を含む画像化装置：（ａ）第１の波長を有する第１のレーザ；（ｂ）第２の波長を有する第２のレーザ；および、（ｃ）第１のレーザからの光を反射して、第２のレーザからの光を伝達するダイクロイックミラー；それによって第１のレーザおよび第２のレーザの双方が、第４の頂点色光源となる。
光学経路長差を補う補償要素をさらに含む画像化装置。
第２のコンバイナが、Ｘ−キューブおよびフィリップスプリズムから成るグループから選択される、拡張色域を有する画像化装置。
少なくとも３色を有するディスプレイ装置は、以下を含む：（ａ）以下を含む第１の色光源；（ｉ）第１の波長を有する第１のレーザ；（ii）第２の波長を有する第２のレーザ；および、（iii）第１のレーザからの光を反射して、第２のレーザからの光を透過するダイクロイックミラー；（ｂ）以下のいずれかを選択的に通電する制御手段：（ｉ）第１の頂点色を第１の波長で提供する第１のレーザ；または、（ii）第１の頂点色を第２の波長で提供する第２のレーザ；または、（iii）第１の頂点色を増加輝度と共に提供する、第１および第２のレーザの双方；（ｃ）第１の色被変調光線を提供するよう、第１の頂点色を変調する第１の変調器；（ｄ）複数色被変調光線を形成するために、第１の色被変調光線を、１色以上の追加色被変調光線に結合する結合手段；および、（ｅ）複数色被変調光線を、ディスプレイ表面に向かって投影する投影レンズ。
第１の変調器が、電気機械グレーティング装置のリニアアレイであるディスプレイ装置。
投影レンズが、複数色被変調光線をディスプレイ表面に方向付けるよう、スキャン要素と連携し、それによって、ライン画像をディスプレイ表面に形成するディスプレイ装置。
Ｐが整数である場合、各ピクセルが、Ｐ色またはＰ＋１色の組合せを用いて形成可能な、ピクセルアレイとして、カラー画像をディスプレイ表面上に形成する画像化装置は、以下を含む：（ａ）光源照明を提供するＰ＋１色光源；（ｂ）各ピクセルに対する画像データを取得し、さらに画像データに基づいて、ＰまたはＰ＋１色光源のいずれかを可能にする制御信号を提供する制御論理プロセッサ；および、（ｃ）カラー画像を提供するよう、ＰまたはＰ＋１色光源のいずれかからの光源照明を変調する、１つ以上の光変調器。
Ｐが３に等しいカラー画像を形成する画像化装置。
１つ以上の光変調器が空間光変調器である、カラー画像を形成する画像化装置。
１つ以上の光変調器が電気機械グレーティング光変調器である、カラー画像を形成する画像化装置。
カラー画像をディスプレイ表面に形成するための、３色より多い実質的に単色の頂点色によって定義される、拡張色域を有する画像化装置を提供する方法は、以下を含む：（ａ）以下の方法により、単一の照射軸に沿って第１の色被変調光線を形成する、二色変調システムを提供すること：（ａ１）第１の頂点色光源および第２の頂点色光源を提供すること；（ａ２）色照明光線を提供するよう、第１の頂点色光源および第２の頂点色光源からの光を、交互に共通照射軸に沿って方向付けること；（ａ３）画像データに従って、共通照射軸に沿って受け取った色照明光線を回折させる、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイを位置決めすること；および、（ａ４）電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイから反射した、ゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックすること；（ｂ）データに従う変調のために、第３の頂点色光源からの光を、電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイに方向付けることにより、第２の色被変調光線を提供すること；（ｃ）データに従う変調のために、第４の頂点色光源からの光を、電気機械グレーティング装置の第３のリニアアレイに方向付けることにより、第３の色被変調光線を提供すること；（ｄ）複数色被変調光線を形成するために、単一の投影軸に沿って、第１の色被変調光線、第２の色被変調光線、および第３の色被変調光線を結合すること；および、（ｅ）カラー画像の連続ラインをディスプレイ表面上に形成するために、複数色被変調光線をスキャン要素に向かって投影すること。
第１の頂点色光源から、および第２の頂点色光源からの光を、交互に方向付けするステップが、周期的に交互のタイミングシーケンスを調整するステップをさらに含む、拡張色域を有する画像化装置を提供する方法。
一連のラインとしてのカラー画像をディスプレイ表面上に形成するために、３つより多い実質的に単色の頂点色により定義される拡張色域を有する画像化装置を提供する方法は、以下を含む：（ａ）以下のステップにより、第１の交互色被変調光線を提供すること：（ａ１）第１の共通照射軸に沿って、第１の頂点色光源から、および第２の頂点色光源からの光を、交互に方向付けることにより、第１の照明光線を提供するステップ；（ａ２）第１の照明光線の色に従って、第１の共通照射軸に沿って受け取った第１の照明光線を回折させる、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイに、カラー画像データを提供するステップ；および、（ａ３）電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイから反射したゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックするステップ；（ｂ）以下のステップにより、第２の交互色被変調光線を提供すること：（ｂ１）第２の共通照射軸に沿って、第３の頂点色光源から、および第４の頂点色光源からの光を、交互に方向付けることにより、第２の照明光線を提供するステップ；（ｂ２）第２の照明光線の色に従って、第２の共通照射軸に沿って受け取った第２の照明光線を回折させる、電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイに、カラー画像データを提供するステップ；および、（ｂ３）電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイから反射したゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックするステップ；（ｃ）単一投影軸に沿って、第１および第２の交互色被変調光線を、最終出力色光線として結合すること；および、（ｄ）最終出力色光線を、画像ピクセルのラインとしてディスプレイ表面に方向付けるために、最終出力色光線からの少なくとも１本の回折光線を、スキャン要素に向かって投影すること。
第１の照明光線を提供するステップが、周期的に交互にタイミングシーケンスを調整するステップをさらに含む、拡張色域を有する画像化装置を提供する方法。
一連のラインとしてのカラー画像をディスプレイ表面上に形成するために、３色より多い頂点色により定義される拡張色域を有する画像化装置を提供する方法は、以下を含む：（ａ）第１のカラー画像データに従って、第１の頂点色光源を、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイに方向付けることにより、第１の色被変調光線を形成すること；（ｂ）第２のカラー画像データに従って、第２の頂点色光源を、電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイに方向付けることにより、第２の色被変調光線を形成すること；（ｃ）第３のカラー画像データに従って、第３の頂点色光源を、電気機械グレーティング装置の第３のリニアアレイに方向付けることにより、第３の色被変調光線を形成すること；（ｄ）第４のカラー画像データに従って、第４の頂点色光源を、電気機械グレーティング装置の第４のリニアアレイに方向付けることにより、第４の色被変調光線を形成すること；（ｅ）二元色被変調光線を形成するために、第１および第２の色被変調光線を結合すること；（ｆ）複数色被変調光線を形成するために、二元色被変調光線、第３および第４の色被変調光線を結合すること；および、（ｇ）少なくとも１本の回折光線を、画像ピクセルのラインとしてディスプレイ表面に方向付けるために、複数色被変調光線からの少なくとも１本の回折光線を、スキャン要素に向かって投影すること。
Ｐ頂点色光源またはＰ＋１頂点色光源のいずれかを用いて、カラーピクセルを形成する方法は、以下のステップを含む：（ａ）カラーピクセル用画像データ値に基づき、照明光源として各ＰまたはＰ＋１頂点色光源のいずれかを可能にする制御信号を提供するステップ；および、（ｂ）カラー画像を提供するために、画像変調データを、ＰまたはＰ＋１頂点色光源のいずれかからの光源照明を変調する１つ以上の光変調器に提供するステップ。
第１、第２、および第３の頂点色を含む色域を選択する方法は、以下のステップを含む：（ａ）第１の色光源からの第１の頂点色を選択するステップ；（ｂ）第２の色光源からの第２の頂点色を選択するステップ；および、（ｃ）第３の色光源および第４の色光源からの第３の頂点色を選択するステップ。
第３の頂点色が、第３および第４の色光源の双方から、同期的に発せられる光を含む方法。
第３の頂点色が、第３の色光源または第４の色光源の、いずれかから発せられる光を含む方法。
画像化装置内の頂点色の輝度を増加させる方法は、以下を含む：（ａ）第１の波長を有する第１のレーザを提供すること；（ｂ）第２の波長を有する第２のレーザを提供すること；および、（ｃ）頂点色を形成するよう、第１の波長を有する光を反射し、さらに第２の波長を有する光を伝達し、それにより、第１のレーザからの光が第２のレーザからの光と合成される、ダイクロイック表面を提供すること。
少なくとも３色の頂点色を用いるディスプレイ装置において、第１の頂点色を提供する方法は、以下を含む：（ａ）第１の波長を有する第１のレーザを提供すること；（ｂ）第２の波長を有する第２のレーザを提供すること；（ｃ）第１の波長を有する光を反射し、さらに第２の波長を有する光を伝達するダイクロイック表面を提供すること；および、（ｄ）制御コマンドに応答して：（ｉ）第１の頂点色として第１の波長を用いるために、第１のレーザに通電すること；または、（ii）第１の頂点色として第２の波長を用いるために、第２のレーザに通電すること；または、（iii）第１の頂点に増加された輝度を提供するために、第１および第２のレーザに通電すること。
このように、提供されるものは、二次元カラー画像をディスプレイ表面に形成するために、電気機械グレーティング装置を用い、３色より多い実質的に単色の頂点色により定義された、強調された全域を有するディスプレイ装置のための、装置および方法である。
慣習上３つの成分頂点色で定義された典型的色空間を示す、従来技術のグラフである。 ４つの成分頂点色を用いて定義された拡張色空間を示す、従来技術のグラフである。 画像変調用等角ＧＥＭＳ装置を用いるディスプレイ装置のための、基本要素を示す概略図である。 図２ａの装置と共に使用可能な、５色光源を示す概略図である。 電気機械グレーティング装置を用いる４色ディスプレイ装置のための、光学要素を示す概略図である。 ３台の電気機械グレーティング装置を用いる４色ディスプレイ装置のための、光学要素を示す概略図である。 ４台の電気機械グレーティング装置を用いる４色ディスプレイ装置のための、光学要素を示す概略図である。 各色用可変ソース輝度レベルを有する４色ディスプレイ装置のための、光学要素を示す概略図である。 図６の配置に利用される、小幅波長上でのフィルタ応答特性を示すグラフである。
符号の説明
１０ ディスプレイ装置
２０ 光源
２０ｇ 緑色光源
２０ｂ 青色光源
２０ｙ 黄色光源
２０ｂｇ 青緑色光源
２０ｒ 赤色光源
２０ｒ１ 赤色光源
２０ｒ２ 赤色光源
２０ｒ３ 赤色光源
４０ ダイクロイックフィルタ
４０ｒ１ ダイクロイックフィルタ
４０ｒ２ ダイクロイックフィルタ
４０ｒ３ ダイクロイックフィルタ
７０ ディスプレイ装置
７２ 球面レンズ
７３ 色結合要素
７４ 円柱レンズ
７５ レンズ
７７ スキャンミラー
８０ 制御論理プロセッサ
８２ 回転鏡
８５ 電気機械グレーティング光変調器
８５ｒ 電気機械グレーティング光変調器、赤色
８５ｇ 電気機械グレーティング光変調器、緑色
８５ｂ 電気機械グレーティング光変調器、青色
８５ｙ 電気機械グレーティング光変調器、黄色
８５ｇｙ 電気機械グレーティング光変調器、黄緑色
８９ 補償要素
９０ ディスプレイ表面
９１ｇ リターダー、緑色
９１ｙ リターダー、黄色
９２ ダイクロイックコンバイナ
９３ 偏光ビームスプリッタ
９４ ダイクロイックコンバイナ
９５ ストップ
９７ マルチオーダー波長板
１１０ クロス−オーダーフィルタ
１１１ 制御論理プロセッサ
１１３ ダイクロイックコンバイナ
２００ 可視全域
２０２ 装置全域
２０３ａ 頂点
２０３ｂ 頂点
２０３ｃ 頂点
２０３ｄ 頂点
２０４ 拡張装置全域
２４０ａ 曲線
２４０ｂ 曲線
２４０ｃ 曲線

Claims (7)

  1. カラー画像をディスプレイ表面上に形成するために、３色より多い頂点色によって定義される色域を有する画像装置は、以下を含む：
    （ａ）第１の色被変調光線を提供する二色変調システム、このシステムは以下を含む：
    （ａ１）第１の頂点色光源、および第２の頂点色光源；
    （ａ２）照明光線を提供するために、第１の頂点色光源および第２の頂点色光源からの光を、共通照射軸に沿って方向付けるコンバイナ；
    （ａ３）画像データに従って、共通照射軸に沿って受け取った照明光線を回折させ、それによって第１の色被変調光線を形成する、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイ；
    （ａ４）第１の色被変調光線から反射された、ゼロ次光線が、ディスプレイ表面に達するのをブロックする遮断要素；
    （ｂ）いかなる時も、第１の頂点色光源、または第２の頂点色光源のいずれかに、選択的に通電し、さらに、通電された第１または第２の色光源に対応する画像データを、電気機械グレーティング装置の第１のリニアアレイに提供する制御手段；
    （ｃ）制御手段からの画像データに従って、第２の色被変調光線を提供するよう、第３の頂点色光源からの光を回折させる、電気機械グレーティング装置の第２のリニアアレイに向かって方向付けられた、第３の頂点色光源；
    （ｄ）制御手段からの画像データに従って、第３の色被変調光線を提供するよう、第４の頂点色光源からの光を回折させる、電気機械グレーティング装置の第３のリニアアレイに向かって方向付けられた、第４の頂点色光源；
    （ｅ）複数色被変調光線を形成するために、単一の投影軸に沿って、第１、第２、および第３の色被変調光線を結合するコンバイナ；および、
    （ｆ）少なくとも１本の、複数色被変調光線からの回折光線を、ディスプレイ表面へと方向付け、それにより、ライン画像をディスプレイ表面に形成する、スキャン要素と連携する投影レンズ。
  2. 前記電気機械グレーティング装置の、前記第１のリニアアレイ、前記第２のリニアアレイ、および、前記第３のリニアアレイは、ＧＬＶ装置および等角ＧＥＭＳ装置からなる群から選択される、請求項１に記載の画像装置。
  3. 前記ディスプレイ表面は、反射投影スクリーンおよび透過投影表面からなる群から選択される、請求項１に記載の画像装置。
  4. 前記第１の頂点色光源が、レーザ光源を備える、請求項１に記載の画像装置。
  5. さらに、クロス‐オーダーフィルタを備え、
    前記クロス‐オーダーフィルタは、複数の被回折クロス‐オーダー光線がディスプレイ表面に達するのをブロックする、請求項１に記載の画像装置。
  6. 前記遮断要素は、有色照明光線を、少なくとも、前記電気機械グレーティング装置の、前記第１のリニアアレイ、前記第２のリニアアレイ、および、前記第３のリニアアレイのいずれか１つへ方向付ける、請求項１に記載の画像装置。
  7. 前記第１の頂点色光源が、実質上単色光源を備える、請求項１に記載の画像装置。
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